United States Patent HEAT TREATMENT

United States Patent HEAT TREATMENT OF ALUMINUM ALLOYS Otto Schaaber, Schorndorf, Germany Al-Mg-Si type as long as they do not contain substantial quantities of copper. The amount of copper suppressing the detrimental efiect of room temperature storage varies but is to a certain degree proportional to the amount 01 5 MgzSi present. No Drawing. Application May 6, 1949, It is an object of this invention to provide a novel Serial No. 91,861 pflocess fwtlkllichhwill permit the artificial gging off a oys o e a ove type to pro uce pro ucts o o y 4 Clams improved mechanical properties.

The present invention relates to a novel artificial age It is a further object to provide a novel process which hardening treatment for age hardenable aluminum alloys will increase the corrosion resistance to artificially aged which undergo spontaneous age hardening at room tem- -Mgy peratures to the detriment of subsequently performed Still another ob ect of the invention 1s to provide a artificial aging treatments. More particularly the invenpr e the heat treatment of alloys which tion relates to the treatment of aluminum alloys whose W111 Petmlt subsequent artificial g hardening to Produce principal alloying elements are magnesium and silicon in eXeellent mechanlcal properties even though such alloys approximately the stoichiometric proportion of MgzSi a stored at room temperature between the time y and wherein the proportion f Mggsi i between 05% are subjected to solution heat treatment and the artificial and 3.0% and containing no more than about 0.3% of aglng treatmentcopper and preferably not more than 0.1% of copper. It Was fohnd galloys even When quenched These Al-Mg-Si alloys may also contain silicon in excess from a solution heat treatment in water at 20 C. and. of the stoichiometric proportion MgzSi, manganese in e labesatory conditions, immediately subjected tn amounts up to 1.5% and not more than a total f 1.0% artificial aging at elevated temperatures do not achieve of other alloying element h as for l copper as favorable mechanical properties as those achieved by less than 0.3% preferably less than 0.1%, Zn less than h Process In accoi'danee With the inventiohp 0.5%, Cr less than 0.5% and Fe less than 0.5%. Alloys trons p eemmerelal scale it is not practically p of the following composition are especially suitable for slhle t0 subleet e alloys t0 artificial aging at elevated treatment in accordance with the invention; Mg 0.3% P as qnlekly as is Possible in Operations 011 a to 15% preferably 07% t 10%, Si 01% t 15% laboratory scale and usually at least above five minutes preferably 0.7% to 1.2%, Mn less than 1.5% preferably Intervene between t quenching and the artificial aging between 0.6% t 10% C l h 03% preferably l In accordance with the invention it has been discovered h 01%, Z l h 03%, C l h 03%, i that substantial advantages are obtained when Al-Mg-Sl' less than 0.5% and the remainder substantially aluminum. alloys a q e from a uti n heat treatment in a Alloys of thi ty are ll bj t d to a l quenching medlum which is maintained at the tempera- 'tion heat treatment at 520 to 570 C. and are then tine required for the artificial aging of the alloys namely quenched and subsequently aged either at room tembetween ahd p y between perature or artificially aged at temperatures between 120 a and are maintained at such temperature and 200 0. preferably 140 to 160 c. to improve their untll deslretl Properties of the alley are produced. mechanical properties. When such alloys are aged at The tlme Q WhlQh the alloy is maintained depends uP011 room temperatures the following average mechanical 40 h prepertles which are sought in the y- The artifiproperties are obtained in the alloys: yield strength elal aglng y be Completed Without Permitting the article (0.2% offset) 10 to 15 kg./mm. tensile strength 20 to treated to cool down to room temperature but in some 26 kg./mm. elongation (Delta 10) 20% to 12% d a instances it has been found desirable to interrupt the Brinell hardness of 50 to 60 kg./mm. When said artlficlal aglng treatment to Permit other Operations to alloys are artificially aged at elevated temperatures the he perfehhen before t final artificial aging takes P following average values are obtained for their mechanin the latter s n It has been found Preferable to 0011- cal properties: yield strength 18 to 28 kg./mm. tensile tlnne the PfehmlharY eltifieial aging until the article strength 28 to 32 kg./mm. elongation 14% t 10% d possesses a hardness which does not increase during the a Brinell hardness of 70 to 95 kg./mm. (measured with Perled thehftlete s e at room teInPelatnfe between 2.5 mm. ball with a load of 32.5 kg. for thirty seconds). r r y artlfielal aging treatment n the final It has been known for some time that when Al-Mg-Si al'tlfielal g treatmentalloys which are poor in copper are permitted to age at The follolfvlng example illustrates the advantages of room temperatures for substantial periods of time before the Process P accordance h t tion- A series artificial aging at elevated temperatures, the mechanical of test speclnlens of an alloy composed of properties achieved are not as good as when the arti- (179% 079% M -S e and th fi i l aging i commenced i di l fte the alloys 0 remamder Al were sub ected to a solution heat treatment h b h i property f the at 550: 5 C. for one hour. One series of the specialloys has lead to problems in their heat treatment, for s Was h quenched in Water at room temperature it is not always desirable or practical to subject the and 1mmed1ately l artificial aging in an a products to an artificial aging immediately after quench- Oven at Portlon for eight hours and the ing. For exam l if t samples of an ll composed other for fifteen hours. The other series of specimens f 002% c 079% M 079% 93% was sub ected t o-th e same solution heat treatment but Fe and its remainder A1 are subjected to a solution heat was q e 011 a temperature f 150 C. and treatment at 550 C. for about 1 hour and quenched in Placed thesame alf Ovens for aging as $0011 as y water at 20 C. and a portion of su h t t samp1es i reached equilibrium temperatures, one portion also was 1mmed1ately subjected to artificial aging in an air oven aged for eight hours and h r or 15 hours. The at 150 to 155 C. for eight hours and the other portion following chart indicates the differences in the mechanical is permitted to remain at room temperature for an hour properties obtained in the two series of tests. In the before being sub ected to the same artificial aging treatchart the designation NW indicates the series quenched ment the following properties are obtainedinthe samples: in water and the designation IW indicates the series quenched in oil. sti eii in s r ih Ek'mga' k rn rn.=' k jiu m pgi' dilt Yield Strength, g g hhgp gg, LengtholArtificlal kgJmm. percent I Artilgiclally a s immediately Aging ritn r ifi igati"sonata;- NW 1W NW 1W NW quenching 26. 4 33. 5 15. 8

shout-s 34. 25 35.7 37. 25 38.3 10

Room temperature storage before artificial aging has 15 mm 1 the same detrimental effect upon all alloys of the These values show the improvement obtained by the IX'OCBSS in accordance with the invention when compared vith normally used processes carried out under the most avorable conditions, which conditions, however, cannot I6 practically achieved in commercial scale operations.

A further series of tests were carried out with eight .pecimens of the same alloy which had been subjected o a solution heat treatment. In each series of the tests ll'le specimen was quenched in water at room temperaure and after an intervening period of exactly ten min ltes placed in an air oven and heated to 150 C. and .rtificially aged therein for fifteen hours and the other pecimen was quenched in oil at 150 C. and immedi- .tely placed in the air oven and aged for fifteen hours. lpecimens 1, 3, and 7 were those quenched in water ind specimens 2, 4, 6 and 8 were those quenched in oil.

It will be seen from a comparison of the latter chart Iith the former chart that the values obtained when there i a 10 minute delay between the quenching in Water and 1e artificial aging are only slightly different from the alues obtained when the specimen is immediately sub- :cted to age hardening after quenching in water. It may, owever, be clearly seen that the process in accordance Iith the invention produces a recognizable improvement 1 the properties of the alloy treated. The average values f the properties obtained for the tensile strength and ield strength with the process in accordance with the avention are not only considerably better but the variaions are in a considerably narrower range.

It is furthermore interesting that the progress of the ardening obtained with artificial aging in accordance r ith the present invention substantially parallel that obained when the alloys are quenched to room tempera- Jre and immediately artificially aged so that for given eriods of artificial aging substantially the same hardesses are obtained.

Corrosion tests have also shown that the corrosion esistance of alloys artificially aged in accordance with me invention is considerably greater than when prior art rocesses are employed. For example, corrosion tests Iere made with test specimens of an Al-Mg-Si alloy of 1c type specified, one series being quenched in water at com temperature and immediately artificially aged at 50 C. for various periods and the other series being uenched in oil at 150 C. and artificially aged by being iaintained at such temperature for varying periods of me.

The aging periods for each series were selected as our hours, eight hours, sixteen hours and seventy two ours.

The corrosion test consisted of immersing suitably preared specimens in an aqueous half normal NaCl soluon containing Vz% of concentrated HCl and measuring 1e amount of hydrogen evolved. After three hours ealtmgnt the following volumes of hydrogen were vo ve While the ab

Kết quả (Việt) 1:

Hoa Kỳ bằng sáng chế xử lý nhiệt của hợp kim nhôm Otto Schaaber, Schorndorf, Đức Al-Mg-Si loại miễn là họ không chứa một lượng đáng kể của đồng. Số lượng đồng đàn áp efiect bất lợi của nhiệt độ phòng lưu trữ khác nhau nhưng là một mức độ nhất định tỷ lệ thuận với số lượng 01 5 MgzSi hiện nay. Không có bản vẽ. Ứng dụng 6 tháng 5 năm 1949, nó là một đối tượng của phát minh này để cung cấp một giấy phép Serial số 91,861 tiểu thuyết fwtlkllichhwill pflocess gging nhân tạo ra một oys o e một ove gõ để pro uce pro ucts o o y 4 trai cải thiện tính chất cơ học.Sáng chế hiện nay liên quan đến một cuốn tiểu thuyết nhân tạo tuổi nó là một đối tượng hơn nữa để cung cấp một quá trình cuốn tiểu thuyết mà điều trị cứng cho tuổi hardenable nhôm hợp kim sẽ làm tăng khả năng chống ăn mòn nhân tạo tuổi mà trải qua tuổi tự phát cứng tại Phòng tem - - Mgy peratures để các tổn hại của sau đó thực hiện vẫn còn một ob ect của sáng chế 1s để cung cấp một phương pháp điều trị lão hóa nhân tạo. Nhiều đặc biệt là invenpr e xử lý nhiệt của hợp kim tion mà liên quan đến việc điều trị của hợp kim nhôm có W111 Petmlt g sau đó nhân tạo cứng để sản xuất chính các yếu tố tạo là magiê và silic trong eXeellent mechanlcal tài sản ngay cả như vậy hợp kim khoảng stoichiometric proportion của MgzSi một được lưu trữ ở nhiệt độ phòng giữa thời gian y và trong đó tỷ lệ f Mggsi tôi giữa 05% được chịu các giải pháp xử lý nhiệt và các nhân tạo và 3.0% và có không có nhiều hơn khoảng 0,3% aglng treatmentcopper và tốt hơn là không quá 0,1% đồng. Nó là fohnd galloys ngay cả khi các hợp kim này Al-Mg-Si quenched cũng có thể chứa silic trong dư thừa từ một giải pháp xử lý nhiệt trong nước ở 20 C. và của tỷ lệ stoichiometric MgzSi, mangan trong điều kiện labesatory e, ngay lập tức chịu tn số tiền lên đến 1,5% và không nhiều hơn một 1,0% tất cả f lão hóa nhân tạo ở nhiệt độ cao không đạt được của nguyên tố tạo h đối với l đồng như tính chất cơ học thuận lợi như những người đạt được bằng ít hơn 0,3% tốt hơn là ít hơn 0,1%, Zn ít hơn h quá trình trong accoi'danee với inventiohp 0,5%, Cr ít hơn 0,5% và Fe ít hơn 0,5%. Hợp kim trons p eemmerelal quy mô nó không phải là thực tế p của các thành phần sau đây đặc biệt là thích hợp cho slhle t0 subleet e hợp kim t0 nhân tạo lão hóa tại cao điều trị phù hợp với sự phát minh ra; Mg 0,3% P như qnlekly như là có thể có trong hoạt động 011 một đến 15% tốt hơn t 07% 10%, Si 01% t 15% phòng thí nghiệm quy mô và thường ít trên năm phút tốt nhất là 0,7% đến 1,2%, Mn ít hơn 1,5% tốt hơn là can thiệp giữa t tôi và lão hóa nhân tạo giữa 0,6% t 10% C l h 03% tốt hơn là l phù hợp với sự phát minh ra nó đã phát hiện ra h 01%Z l h 03%, C l h 03%, tôi lợi thế đáng kể thu được khi Al-Mg-Sl' ít hơn 0,5% và phần còn lại đáng kể nhôm. hợp kim một e q từ xử lý n nhiệt kéo dài uti trong một hợp kim của thị ty là ll bj t d để một l tôi medlum đó được duy trì ở tempera - ' tion nhiệt điều trị tại 520 để 570 C. và sau đó tine cần thiết cho sự lão hóa nhân tạo của các hợp kim cụ thể là quenched và sau đó trong độ tuổi hoặc tại Phòng tembetween ahd p y giữa perature hoặc giả tạo tuổi ở nhiệt độ giữa 120 một và được duy trì ở nhiệt độ như vậy và 200 0. tốt hơn là 140-160 c. để cải thiện của họ untll deslretl thuộc tính hẻm được sản xuất. tính chất cơ học. Khi các hợp kim của chúng được độ tuổi tại thứ Q WhlQh hợp kim được duy trì phụ thuộc nhiệt độ phòng uP011 sau trung bình cơ khí h 40 prepertles mà đang tìm kiếm tại y-các artifiproperties thu được trong các hợp kim của chúng: năng suất sức mạnh elal aglng y là hoàn thành mà không có bài viết (0,2% đối tượng dời hình) cho phép 10-15 kg / mm. độ bền 20 để điều trị để mát xuống nhiệt độ phòng nhưng tại một số 26 kg / mm. kéo dài (Delta 10) 20% đến 12% d một trường hợp nó đã là tìm thấy mong muốn để làm gián đoạn độ cứng Brinell 50 đến 60 kg/mm. Khi điều trị aglng cho biết artlficlal để cho phép các hoạt động khác để hợp kim là giả tạo tuổi ở nhiệt độ cao perfehhen ông trước khi lão hóa nhân tạo cuối cùng t mất P sau giá trị trung bình được thu được cho mechanin của họ sau này s n nó đã được tìm thấy Preferable thuộc tính 0011-cal: mang lại sức mạnh 18-28 kg / mm. độ bền kéo tlnne PfehmlharY eltifieial lão hóa cho đến khi sức mạnh bài viết 28 đến 32 kg / mm. kéo dài 14% t 10% d có độ cứng mà thực hiện không tăng trong các độ cứng Brinell số 70 đến 95 kg / mm. (đo bằng Perled thehftlete s e tại Phòng teInPelatnfe giữa 2.5 mm. quả bóng cùng một 32,5 kg cho ba mươi giây). r r y artlfielal lão hóa điều trị n các cuối cùng nó đã được biết cho một số thời gian đó khi Al-Mg-Si al'tlfielal g treatmentalloys là người nghèo trong đồng được phép tuổi follolfvlng ví dụ minh hoạ những lợi thế của nhiệt độ phòng trong thời gian đáng kể thời gian trước khi các quá trình P theo h t tion-một loạt lão hóa nhân tạo ở nhiệt độ cao, cơ thử nghiệm speclnlens hợp kim bao gồm các tính chất đạt được là không tốt như khi arti - (fi 179% 079% M -S e và c tôi l lão hóa tôi bắt đầu tôi di l fte hợp kim 0 remamder Al đã phụ ected để xử lý nhiệt giải pháp h b h tôi bất động sản f các ở C. 550: 5 cho một giờ. Một loạt các specialloys đã dẫn đến các vấn đề trong xử lý nhiệt của họ, cho s h quenched trong nước ở nhiệt độ phòng nó không phải là luôn luôn mong muốn hoặc thực tế đến chủ đề các và 1mmed1ately l lão hóa nhân tạo trong một một sản phẩm để một lão hóa nhân tạo ngay lập tức sau khi dập tắt lò tại Portlon cho tám giờ và ing. Cho kỳ thi l nếu t mẫu của một ll sáng tác khác trong mười lăm giờ. Dòng khác của mẫu f 002 c 079% M 079% 93% là phụ ected t o-th e cùng một giải pháp xử lý nhiệt nhưng Fe và phần còn lại của nó A1 là đối tượng với một giải pháp nhiệt là q e 011 f nhiệt độ 150 C. và điều trị tại 550 C. cho khoảng 1 giờ và quenched trong đặt cùng một alf lò nướng lão hóa như $0011 như y nước lúc 20 C. và một phần của su h t t samp1es tôi đạt đến nhiệt độ cân bằng, một phần cũng là 1mmed1ately phải chịu sự lão hóa nhân tạo trong một lò máy tuổi cho tám giờ và h r hoặc 15 giờ. Các tại 150 đến 155 C. cho tám giờ và phần khác biểu đồ sau cho thấy sự khác biệt trong cơ khí được phép giữ ở nhiệt độ phòng cho một thuộc tính giờ thu được trong hai loạt bài kiểm tra. Trong các trước khi là phụ ected để treatchart nhân tạo lão hóa cùng một tên gọi của NW chỉ ra loạt quenched ment các thuộc tính sau đây là obtainedinthe mẫu: trong nước và tên gọi IW chỉ ra dòng quenched trong dầu. STI eii trong s r ih Ek'mga' k rn rn. =' k jiu m pgi' dilt mang lại sức mạnh, g g hhgp gg, LengtholArtificlal kgJmm. phần trăm tôi Artilgiclally một s ngay lập tức lão hóa ritn r ifi igati "sonata; - NW 1W NW 1W NW tôi 26. 4 33. 15 tháng 5. 8Shout-s 34. 25 35,7 37. 25 38,3 10Lưu trữ nhiệt độ phòng trước khi lão hóa nhân tạo có 15 mm 1 cùng ảnh hưởng bất lợi khi các hợp kim tất cả các các giá trị Hiển thị cải thiện thu được bằng IX'OCBSS phù hợp với sự phát minh ra khi so vith thường được sử dụng quá trình thực hiện theo nhiều avorable điều kiện, trong đó tiết, Tuy nhiên, không thể I6 thực tế đạt được ở quy mô thương mại hoạt động.Một loạt các thử nghiệm tiếp tục được thực hiện với tám .pecimens của hợp kim tương tự mà đã chịu o một giải pháp xử lý nhiệt. Trong mỗi loạt các xét nghiệm ll'le mẫu đã được quenched trong nước tại Phòng temperaure và sau một thời gian chính xác mười phút ltes được đặt trong một lò máy và đun nóng đến 150 C. can thiệp và .rtificially trong đó ở độ tuổi mười lăm giờ và pecimen khác được quenched trong dầu tại 150 C. và immedi-.tely được đặt vào lò nướng máy và độ tuổi trong mười lăm giờ. lpecimens 1, 3 và 7 là những quenched trong nước ind mẫu 2, 4, 6 và 8 đã là những quenched trong dầu.Nó sẽ được nhìn thấy từ một so sánh biểu đồ sau Iith bảng xếp hạng cũ, và giá trị thu được khi có tôi 10 phút chậm trễ giữa tôi trong nước và lão hóa nhân tạo 1e chỉ là hơi khác nhau từ các alues thu được khi các mẫu vật có ngay lập tức phụ -: cted đến tuổi cứng sau khi tôi trong nước. Nó có thể, owever, được nhìn thấy rõ ràng rằng quá trình theo Iith phát minh ra sản xuất một cải tiến dễ nhận biết 1 điều trị các thuộc tính của hợp kim. F trung bình giá trị thuộc tính được cho căng sức mạnh và sức mạnh ield với trình phù hợp với avention là không chỉ đáng kể tốt hơn nhưng các variaions là trong một phạm vi hẹp hơn đáng kể.Nó là hơn nữa thú vị sự tiến bộ của ardening thu được với lão hóa nhân tạo trong quy định r ith sáng chế hiện tại song song đáng kể rằng obained khi các hợp kim được quenched để phòng tempera-Jre và ngay lập tức giả tạo độ tuổi để định eriods của nhân tạo lão hóa đáng kể hardesses cùng được thu được.Bài kiểm tra ăn mòn cũng chỉ ra rằng esistance chống ăn mòn của hợp kim nhân tạo độ tuổi phù hợp với tôi phát minh là cao hơn đáng kể hơn khi nghệ thuật trước khi rocesses được tuyển dụng. Ví dụ, ăn mòn kiểm tra Iere thực hiện với các bài kiểm tra mẫu vật của hợp kim Al-Mg-Si của 1c loại quy định, một loạt được quenched trong nước ở nhiệt độ com và ngay lập tức giả tạo độ tuổi tại 50 C. cho thời kỳ khác nhau và dòng khác là uenched trong dầu ở 150 C. và giả tạo trong độ tuổi bởi đang là iaintained ở nhiệt độ như vậy cho các giai đoạn khác nhau của tôi.Thời gian lão hóa cho mỗi loạt đã được chọn là giờ của chúng tôi, tám giờ, mười sáu giờ và bảy mươi hai chúng ta.Kiểm tra ăn mòn bao gồm hoà nhập phù hợp preared mẫu trong một dung dịch nước một nửa bình thường NaCl soluon chứa Vz % của HCl tập trung và đo 1e số hydro đã tiến hóa. Sau khi ba giờ ealtmgnt khối lượng sau hydro là vo ve trong khi ab